Теория:Протоколы:NTP
NTP (Network Time Protocol — протокол сетевого времени) — сетевой протокол для синхронизации внутренних часов компьютера с использованием сетей с переменной латентностью. Протокол был разработан Дэвидом Л. Миллсом, профессором Делавэрского университета, в 1985 году. Версия на 2015 год — NTPv4.
NTP, основанный на алгоритме Марзулло, использует для своей работы протокол UDP и учитывает время передачи. Система NTP чрезвычайно устойчива к изменениям латентности среды передачи. В версии 4 способен достигать точности 10 мс (1/100 с) при работе через Интернет, и до 0,2 мс (1/5000 с) и лучше внутри локальных сетей.
Наиболее широкое применение протокол NTP находит для синхронизации серверов точного времени. Для достижения максимальной точности предпочтительна постоянная работа программного обеспечения NTP в режиме системной службы. В семействе операционных систем Microsoft Windows — это служба W32Time, Linux — сервис Ntpd.
Более простая реализация этого алгоритма известна как SNTP — простой протокол сетевого времени. Используется во встраиваемых системах и устройствах, не требующих высокой точности, а также в пользовательских программах точного времени.
Структура пакета
Структура пакета описана в RFC 5905. Пакет состоит из целого числа 32-битных слов.
Данные в заголовке будут отличаться для различных режимов работы. Например, клиент в поля часовой слой, идентификатор источника, начальное время и время приёма должен записать нули.
Заголовок
| Отступ | Октет | 0 | 1 | 2 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Октет | Бит | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 |
| 0 | 0 | ИК | Версия | Режим | Часовой слой | Интервал опроса | Точность | ||||||||||||||||||||||||||
| 4 | 32 | Задержка | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | 64 | Дисперсия | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 12 | 96 | Идентификатор источника | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | 128 | Время обновления | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | 160 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 24 | 192 | Начальное время | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 28 | 224 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 32 | 256 | Время приёма | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 36 | 288 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 40 | 320 | Время отправки | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 44 | 352 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Индикатор коррекции
- Длина — 2 бита, от Leap Indicator.
- Целое число, показывающее предупреждение о секунде координации.
Значение Описание 0 Нет предупреждения 1 Последняя минута дня содержит 61 секунду 2 Последняя минута дня содержит 59 секунд 3 Неизвестно (время не синхронизировано)
Номер версии
- Длина — 3 бита, от Version Number.
- Целое число, представляющее версию протокола.
Режим
- Длина — 3 бита, от Mode.
- Целое число, представляющее режим. Значения представлены в таблице ниже.
Значение Описание 0 Зарезервировано 1 Симметричный активный режим 2 Симметричный пассивный режим 3 Клиент 4 Сервер 5 Широковещательный режим 6 Контрольное сообщение NTP 7 Зарезервировано для частного использования
Часовой слой
- Длина — 8 бит, от Stratum.
- Целое число, представляющее часовой слой.
Значение Описание 0 Не определено или недопустим 1 Первичный сервер 2-15 Вторичный сервер, использующий NTP 16 Не синхронизировано 17-255 Зарезервировано
Интервал опроса
- Длина — 8 бит, от Poll.
- Целое число со знаком, представляющее максимальный интервал между последовательными сообщениями. Значение равно двоичному логарифму секунд. Предлагаемые по умолчанию пределы на минимальные и максимальные опросы - 6 и 10, соответственно.
Точность
- Длина — 8 бит, от Precision.
- Целое число со знаком, представляющее точность системных часов. Значение равно двоичному логарифму секунд. Например, значению -18 будет соответствовать точность около 1 мкс.
Задержка
- Длина — 32 бита, от Root Delay.
- Общее время распространения сигнала в обе стороны в коротком формате NTP.
Дисперсия
- Длина — 32 бита, от Root Dispersion.
- Общая дисперсия для источника времени в коротком формате NTP.
Идентификатор источника
- Длина — 32 бита, от Reference ID.
- Код источника синхронизации. Зависит от значения в поле Часовой слой.
- Для слоя 0 - это четыре ASCII символа, называемые «kiss code», используются для отладки и мониторинга. Смотри ниже
- Для слоя 1 - это четыре октета ASCII символов, дополненные слева нулями, назначенные для опорного времени. В таблице ниже представлен список, поддерживаемый IANA.
ID Источник GOES Геостационарный спутник системы экологического мониторинга и наблюдения GPS Система глобального позиционирования GAL Система местоопределения «Галилео» PPS Общий радиосигнал с длительностью импульса, равной 1 секунде IRIG Группа стандартизации в телеметрии, США WWVB Низкочастотный радиопередатчик, 60 кГц, Форт Коллинз, Колорадо, США DCF Низкочастотный радиопередатчик, 77.5 кГц, DCF77, Майнфлинген, ФРГ HBG Низкочастотный радиопередатчик, 75 кГц, Прангинс, Швейцария MSF Низкочастотный радиопередатчик, 60 кГц, Антхорн, Великобритания JJY Низкочастотный радиопередатчик, 40 кГц, Фукушима, 60 кГц, Сага, Япония LORC Среднечастотный радиопередатчик, 100 кГц, радионавигация, LORAN-C TDF Среднечастотный радиопередатчик, 162 кГц, Аллоуис, Франция CHU Высокочастотный радиопередатчик, Оттава, Онтарио, Канада WWV Высокочастотный радиопередатчик, Форт Коллинз, Колорадо, США WWVH Высокочастотный радиопередатчик, Кауаи, Гавайи, США NIST Телефонный модем Национального института стандартов и технологий США ACTS Телефонный модем Национального института стандартов и технологий США USNO Телефонный модем Национальной обсерватории США PTB Телефонный модем Национального метрологического института Германии
- Для слоя 2 и выше - это идентификатор сервера и может быть использован для фиксирования временных петель. Если используется IPv4, то идентификатор представляет из себя четыре октета IP адреса. Если используется IPv6, то это первые четыре октета MD5 хэша адреса. Стоит отметить, что при использовании IPv6 адресов для сервере с NTPv4 и клиента с NTPv3 идентификатор может принимать случайное значение, из-за чего временные петли могут быть не зафиксированы.
Время обновления
- Длина — 64 бита, от Reference Timestamp.
- Время, когда система последний раз устанавливала или корректировала время. Формат NTP.
Начальное время
- Длина — 64 бита, от Origin Timestamp.
- Время клиента, когда запрос отправляется серверу. Формат NTP.
Время приёма
- Длина — 64 бита, от Receive Timestamp.
- Время сервера, когда запрос приходит от клиента. Формат NTP.
Время отправки
- Длина — 64 бита, от Transmit Timestamp.
- Время сервера, когда запрос отправляется клиенту. Формат NTP.
NTP-сообщение «Kiss-o'-Death»
Для слоя 0, который считается неопределённым или недопустимым, поле Идентификатор источника может использоваться для доставки сообщений, которые выполняют роль данных о состоянии системы и управления доступом. Такие сообщения называются «Kiss-o'-Death» (KoD), а доставляемые ими ASCII-данные называются «kiss codes» (коды «помощи»). Перечень принятых в настоящее время кодов «помощи» представлен в таблице ниже.
Получатели KoD-сообщений обязаны их проверить и выполнить следующие действия:
- При получении кодовых комбинаций DENY и RSTR клиент обязан разорвать виртуальные соединения с данным сервером времени и прекратить передачу сообщений этому серверу.
- При получении кодовой комбинации RATE клиент обязан незамедлительно снизить свой интервал опроса этого сервера и продолжать его уменьшать каждый раз при получении этой кодовой комбинации.
- При получении кодовой комбинации начинающейся с ASCII-символа Х, предназначенной для проведения экспериментальных исследований и последующих усовершенствований, она должна быть проигнорирована, если она не распознаётся.
- Все другие кодовые комбинации и KoD-сообщения, не определённые данным протоколом, уничтожаются после их поверки.
| Код | Описание |
|---|---|
| ACST | Виртуальное соединение установлено одноадресным сервером |
| AUTH | Аутентификация сервером завершилась отказом |
| AUTO | Autokey-последовательность некорректна |
| BCST | Виртуальное соединение установлено широковещательным сервером |
| CRYP | Криптографическая аутентификация или идентификация завершились отказом |
| DENY | Удалённый сервер отказал в доступе |
| DROP | Потеря удаленного сервера времени в симметричном режиме |
| RSTR | Отказ в доступе вследствие локальной стратегии безопасности |
| INIT | Виртуальное соединение с первого раза не установлено |
| MCST | Виртуальное синхросоединение установлено динамически обнаруженным сервером |
| NKEY | Ключ не найден (либо он никогда ранее не загружался, либо он является ненадёжным) |
| RATE | Скорость превышена. Сервер временно запретил доступ, так как клиент превысил порог скорости |
| RMOT | Изменение виртуального соединения со стороны удалённого IP-узла, использующего NTP-протокол напрямую |
| STEP | Произошла итерация по изменению системного времени, виртуальное синхросоединение не установлено |
Часовые слои
NTP использует иерархическую сеть, где каждый уровень имеет свой номер, называемый слой. Слой 1 — первичные серверы, непосредственно синхронизирующиеся с национальными службами времени через спутник, радио или телефонный модем. Слой 2 — вторичные серверы, синхронизируются с первичными серверами, и т.д. Как правило, клиенты и серверы NTP с относительно небольшим числом клиентов не синхронизируется с первичными серверами. Существует несколько сотен общественных вторичных серверов, работающих на более высоких слоях. Они являются предпочтительным выбором.
Формат времени
Время представляется в системе NTP 64-битным числом (8 байт), состоящим из 32-битного счётчика секунд и 32-битного счётчика долей секунды, позволяя передавать время в диапазоне 232 секунд, с теоретической точностью 2−32 секунды. Поскольку шкала времени в NTP повторяется каждые 232 секунды (136 лет), получатель должен хотя бы примерно знать текущее время (с точностью 68 лет). Также следует учитывать, что время отсчитывается с полуночи 1 января 1900 года, а не с 1970, поэтому из времени NTP нужно вычитать почти 70 лет (с учётом високосных лет), чтобы корректно совместить время с Windows или Unix-системами.
| Бит | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Секунды | Доли секунд | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Бит | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Секунды | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | Доли секунд | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Бит | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Номер эры | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | Отступ эры | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | Доли | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | ||||||||||||||||||||||||||||||||